1001 вопрос об океане и 1001 ответ
Шрифт:
Источником энергии для океанической циркуляции служит солнечная радиация, благодаря которой формируются системы ветров и возникают градиенты в поле плотности морской воды. На формирование течений влияют также такие факторы, как глубина моря, топография дна, близость суши и очертания береговой линии, приливы и отклоняющая сила вращения Земли.
Ветер служит главной причиной возникновения поверхностных течений. Пассаты, дующие вдоль экватора с востока на запад, увлекают за собой воду. В ряде случаев течения приобретают круговой характер из-за отклоняющего воздействия силы Кориолиса.
Это сила, возникающая за счет вращения Земли и действующая на любую движущуюся частицу, в результате чего движение воды отклоняется от направления ветра вправо в северном полушарии и влево — в южном. Сила Кориолиса проявляется сильнее всего в полярных районах: под ее действием «Фрам» дрейфовал в арктических паковых льдах (1893–1896 гг.) под углом 45° к направлению ветра.
Опираясь на данные ледовых наблюдений, выполненных Нансеном во время дрейфа «Фрама», шведский физик Вальфрид Экман разработал теорию океанских течений, получившую всеобщее признание. Согласно этой теории, ветер, постоянно дующий над безграничным однородным океаном бесконечной глубины, создает дрейфовое течение, направленное в поверхностном слое под углом 45° вправо от направления ветра (в северном полушарии). На больших глубинах течение все больше отклоняется вправо, так что на некоторой глубине (порядка 100 м) вода должна двигаться в сторону, противоположную направлению ветра. При этом скорость течения с глубиной уменьшается, так что кривая, описываемая концом вектора скорости по мере увеличения глубины, представляет собой спираль. Она вошла в науку под названием «спираль Экмана».
В общем, ветер должен действовать непрерывно около 12 час прежде, чем установится ветровое течение, хотя на его формирование оказывают влияние и другие факторы. Скорость течения обычно составляет менее 2% скорости ветра.
Различия в плотности воды могут создавать как горизонтальные, так и вертикальные движения воды, вызывающие изменения в поверхностных течениях, обусловленных действием ветра. В районах теплых вод малой плотности уровень морской поверхности может быть на 0,5 м выше уровня в районах холодных и более плотных вод. Возникающий уклон поверхности порождает течения, направленные из области с низкой плотностью в область с высокой плотностью. Плотность морской воды растет с увеличением солености и уменьшением температуры воды. Такие условия наблюдаются в Арктике и Антарктике: там охлаждающиеся воды высокой солености опускаются и распространяются вдоль дна.
Водные массы различной температуры и солености не смешиваются в однородную массу потому, что воздействие ветра и волнения распространяется лишь на верхний слой воды, глубиной всего несколько десятков метров; скорости же глубинных течений малы, поэтому перемешивание может происходить лишь на границах водных масс.
Приливообразующие силы, по-видимому, влияют на Гольфстрим и, вероятно, на другие течения тоже. Максимум суточного хода скорости Гольфстрима наступает через 3 часа после кульминации Луны. Течение обычно усиливается во время квадратуры, когда приливо-отливные колебания выражены слабее, то есть примерно каждые две недели. Когда Луна находится над экватором, Гольфстрим становится более узким и быстрым, чем в тех случаях, когда Луна имеет максимальное северное или южное склонение.
В 1513 г. три судна под командой Понсе де Леона едва не погибли во Флоридском проливе. Они направлялись на юг от нынешнего мыса Канаверал, но Гольфстрим сносил их назад.
13 сентября 1494 г. Христофор Колумб находился очень близко от Гольфстрима, но не дошел до него: заметив стаю птиц, он изменил курс с веста на вест-зюйд-вест.
Бенджамин Франклин в бытность свою Генеральным почтмейстером заинтересовался, почему почтовые суда, курсировавшие между Англией и ее колониями, быстрее пересекали океан, когда шли с запада на восток. На основании изучения вахтенных журналов и карт китобоев Нантакета Франклин составил карту Гольфстрима. Во время своих плаваний через Атлантику он измерял температуру воды на поверхности, беря пробы воды деревянным ведром. По изменению температуры воды можно было определить, когда судно вошло в Гольфстрим и когда вышло из него.
Хотя скорости течения в Гольфстриме и уменьшаются от верхней до нижней его границы, они все еще значительны до глубины 1500 м.
Книга М. Ф. Мори «Физическая география морей», изданная в 1856 г., начинается словами: «В океане есть река. Она не пересыхает и в самые сильные засухи и не выходит из берегов даже при самых сильных наводнениях. Ее берега и ложе из холодной воды, а ее стремнина — из теплой. Истоком ее служит Мексиканский залив, а устьем — Арктический океан.
Это Гольфстрим. Нигде в мире нет более величественного потока вод. Гольфстрим течет стремительнее Миссисипи или Амазонки, а воды в нем в тысячу раз больше».
Теперь-то мы знаем, что Гольфстрим вовсе не река, а скорее система отдельных потоков, движение которых сложно и нерегулярно. Гаррис Б. Стюарт сравнил эту систему со струями и кольцами дыма, поднимающегося от горящей сигареты.
Гольфстрим получил свое название по ошибке: раньше считали, что он зарождается в Мексиканском заливе [29] . Теперь нам известно, что воды самого Мексиканского залива вносят весьма малый вклад в Гольфстрим. Истоки Гольфстрима лежат гораздо дальше: там, где два течения — Северное и Южное пассатное — объединяются и движутся затем через проходы между Наветренными островами в Карибское море. Далее этот объединенный поток идет через Юкатанский пролив, после чего для него остается лишь один проход — между Флоридой и Кубой. В районе побережья Флориды к Гольфстриму присоединяются другие течения, идущие от северного побережья Пуэрто-Рико и из района восточнее Багамских о-вов.
29
G u l f — залив (англ.) — Прим. ред.
Наиболее четко Гольфстрим выражен между Флоридским проливом и мысом Гаттерас. Начиная от мыса Каролина течение поворачивает к востоку, а на 45° з. д. делится на три ветви. Одна из них в виде слабого нерегулярного течения идет на восток до Бискайского залива другая ветвь образует течение Ирмингера, которое южнее Исландии поворачивает и идет на запад. Основная ветвь направляется на северо-восток, где она образует Норвежское течение, проникающее в Баренцево море. Ученые прослеживают воды Гольфстрима вплоть до северного побережья Новой Земли. Струи теплых вод, ответвляющиеся от Гольфстрима, доходят до советского порта Мурманск, благодаря чему он не замерзает.
Расход воды через Флоридский пролив составляет около 26 млн. м3/сек. На подходе к Чесапикскому заливу расход течения увеличивается до 75–90 млн. м3/сек вследствие притока глубинных вод и вод Саргассова моря. После Большой Ньюфаундлендской банки расход Гольфстрима уменьшается до 40 млн. м3/сек. так как часть потока поворачивает на юг.